氣象要素對隴東春玉米產量及品質的影響

摘要：利用1961—2020年西峰區氣象要素資料及2018—2020年開展的全國農業氣象試驗站玉米區域聯合試驗（西峰區春玉米分期播種試驗）資料，探究氣象要素對隴東春玉米（Zea mays）產量及品質的影響。結果表明，1961—2020年西峰區年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、≥10 ℃積溫均呈顯著升高趨勢，年降水量、日照時數均呈減少趨勢且不顯著；分期播種期間各年份不同播期具有不同氣象條件，拔節-抽雄期春玉米需水量大，2018年降水量最多，有利于春玉米生長，2020年遭遇春旱，對春玉米生長不利，2020年連陰雨持續天數長、量級大，影響春玉米授粉、灌漿；每年SD2（4月22日）、SD3（5月12日）播期光、熱、水匹配程度對春玉米生長發育的影響相較于其他播期更高；出苗后氣溫升高、出苗-七葉期和乳熟-成熟期≥10 ℃積溫升高、七葉-乳熟期降水量增加、出苗-七葉期日照時數增加均有利于春玉米增產。4月下旬至五月中旬播種可以提高春玉米粗蛋白質、粗脂肪含量，對粗淀粉含量的影響不明顯。隴東春玉米種植應根據不同的氣候年份選擇適宜播期。

關鍵詞：玉米（Zea mays）；春玉米；氣象要素；產量；品質；隴東

中圖分類號：S352.1" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）07-0012-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.07.003 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Based on the meteorological element data of Xifeng District from 1961 to 2020 and the regional joint test of maize in the national agrometeorological experimental station （the spring corn sowing test in Xifeng District by stages） from 2018 to 2020， the impact of meteorological elements on the yield and quality of spring corn（Zea mays） in Longdong was explored. The results showed that the annual average temperature， the annual average maximum temperature， the annual average minimum temperature， and the accumulated temperature ≥10 ℃ in Xifeng District from 1961 to 2020 showed a significant upward trend， while the annual precipitation and sunshine duration showed a decreasing trend and were not significant；during the stage sowing period， different years and sowing dates had different meteorological conditions. During the jointing and tasseling period， spring corn required a large amount of water. The precipitation in 2018 was the highest， which was beneficial for its growth. In 2020， spring drought was encountered， which was unfavorable for the growth of spring corn. In 2020， continuous rainy days were long and of a large magnitude， which affected the pollination and filling of spring corn；the effect of the matching degree of light， heat， and water on the growth and development of spring corn during SD2（2 May） and SD3（12 May） sowing dates was higher than that of other sowing dates each year； the increase of temperature after emergence， the increase of accumulated temperature ≥10 ℃ at emergence to seven-leaf stage and milk mature stage， the increase of precipitation at seven-leaf to milk mature stage， and the increase of sunshine duration at emergence to seven-leaf stage were all conducive to the increase of spring corn yield. Sowing from late April to mid-May could increase the crude protein and fat content of spring corn， but the effect on the crude starch content was not significant. The planting of spring corn in Longdong should choose the appropriate sowing date based on different climatic years.

Key words： corn（Zea mays）； spring corn； meteorological elements； yield； quality； Longdong

玉米（Zea mays L.）是中國主要的糧食作物，占中國糧食生產目標的53%，2020年中國玉米種植面積為4.12×107 hm2，總產量為2.16×108 t［1］。玉米產量是國家種植業發展水平和生活水平的重要衡量標準之一，充分利用外部有利條件，不斷追求玉米高產、穩產、高效、優質是當前的首要任務［2］。近50年以來，全球氣候變暖是不爭的事實［3］，而氣象條件的差異性會影響作物生長，從而導致玉米產量及品質的變化，適當規避不利氣象條件對作物生長的影響是保證玉米高產的重要調控手段之一［4］。翟治芬等［5］的研究認為，氣候變暖條件下，以中國春玉米、夏玉米種植分界區為界，玉米適宜播種期依次向北推遲、向南提前，成熟期則南北均提前。徐麗萍等［6］的研究表明，平均氣溫每升高1 ℃，出苗速度提升約17%，灌漿期氣溫會影響干物質積累，對子粒影響程度大于前期對葉片的影響程度。魏琪等［7］的研究得出不同氣象條件對玉米子粒蛋白質形成有顯著影響，如播期推遲，灌漿期氣溫光照變化，粗淀粉、粗蛋白質和粗脂肪含量變化等。氣象條件對玉米生長發育及產量品質的影響因素是多元的，是通過玉米不同發育時期與氣象條件相互作用所呈現出的綜合結果［8-11］。玉米產量和品質的變化與各生育期的氣象要素密切相關，只有有效利用氣候資源，才能找到盡可能適合增產的條件，達到增產增收、提高品質的目的［12，13］。

隴東地處黃土高原，以雨養農業為主，春玉米為主要糧食作物之一［14］。近年來，諸多學者的研究表明，隴東氣候具有明顯的暖濕化發展趨勢［15，16］，氣象要素的改變對隴東春玉米的生長發育及產量品質產生一定影響。因此，基于2018—2020年開展的全國農業氣象試驗站玉米區域聯合試驗（西峰區春玉米分期播種試驗），通過分期播種的方式，探究氣象要素對隴東春玉米產量及品質的影響，并對春玉米適宜播期進行分析，以期提高氣候資源的利用率，促進隴東春玉米高質優產。

1 試驗區概況與方法

1.1 試驗區概況

試驗區為甘肅省慶陽市西峰區董志鎮小崆峒良種試驗場，地處北緯35°39′59″、東經107°40′17″，海拔為1 370 m，總面積為0.13 hm2，該地區土壤為壤土，呈堿性、肥力中等，地段的產量水平為上，一年一熟制。試驗區屬黃河中游黃土高原溝壑區，屬北溫帶半濕潤、半干旱氣候過渡區［17，18］。全年無霜期為143～163 d，晝夜溫差大、日照充足、熱量資源豐富［19，20］。

1.2 數據資料與試驗材料

本研究采用甘肅省慶陽市西峰氣象站1961—2020年的逐日氣象資料，氣象要素包括日平均氣溫、日平均最高氣溫、日平均最低氣溫、日降水量、" ≥10 ℃積溫和日照時數等。

作物數據來源于2018—2020年開展的全國農業氣象試驗站玉米區域聯合試驗（西峰區春玉米分期播種試驗），春玉米品種為隴單339雜交玉米品種。生育期包括春玉米播種、出苗、三葉、七葉、拔節、抽雄、乳熟、成熟。待春玉米完熟后測定產量。利用FOSS124近紅外谷物分析儀檢測春玉米子粒內粗蛋白質、粗淀粉和粗脂肪含量。

1.3 試驗設計

以慶陽市常年大田播期4月22日為界，提前10 d播種（4月12日）為第1期，用SD1表示；正常播期（4月22日）為第2期，用SD2表示；比正常播期晚10 d播種（5月2日）為第3期，用SD3表示；晚20 d（5月12日）為第4播期，用SD4表示。播種4期，每個播期設4個重復，前后間隔30 d。試驗區面積約3 333 m2，分成小區，各小區面積為55 m2，小區間留0.8 m保護間隔。田間試驗采用順序排列法。

1.4 數據統計分析

春玉米生育期內各物候期要素值參照《農業氣象觀測規范》［21］測定；數據整理利用Excel 2019軟件處理；氣候資源變化特征采用線性傾向估計法分析［22］；利用SPSS 25.0軟件進行單因素方差（One-Way ANOVA）分析及Duncan’s多重比較；采用積分回歸法計算氣象要素對產量的影響。

2 結果與分析

2.1 慶陽市西峰區氣候資源變化特征

選取慶陽市西峰氣象站1961—2020年的年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年降水量、≥10 ℃積溫及日照時數，對60年間該地區氣候資源變化特征進行分析（表1），結果顯示，年平均氣溫、年平均最高氣溫和年平均最低氣溫年際變化均呈顯著上升趨勢，且年平均最低氣溫增加趨勢高于年平均最高氣溫；年平均氣溫為7.2～11.0 ℃，平均為9.1 ℃，波動幅度為3.8 ℃，呈顯著上升趨勢（變化速率為0.462 ℃/10 a，Plt;0.001）；年平均最高氣溫為11.8～16.2 ℃，平均為14.1 ℃，波動幅度為4.4 ℃，呈顯著上升趨勢（變化速率為0.418 ℃/10 a，Plt;0.001）；年平均最低氣溫為2.9～6.9 ℃，平均為5.0 ℃，波動幅度為4.0 ℃，呈顯著上升趨勢（變化速率為0.547 ℃/10 a，Plt;0.001）。

年降水量隨年份變化呈波動下降趨勢，變化速率為-3.980 mm/10 a，但Pgt;0.1，可見這種下降趨勢并不顯著。年降水量為333.8～828.2 mm，平均為558.1 mm，波動幅度為494.4 mm。

≥10 ℃積溫隨年份變化呈顯著升高趨勢（變化速率為52.587 ℃/10 a，Plt;0.001），積溫最低年份是1964年，為2 417.3 ℃，積溫最高年份是2017年，為 2 959.8 ℃，年平均積溫為2 714.3 ℃，波動幅度為542.5 ℃。

日照時數隨年份變化呈下降趨勢（變化速率為18.237 h/10 a，Pgt;0.1），說明年日照時數下降趨勢不顯著。年日照時數為1 966.2～2 719.6 h，年平均日照時數為2 412.2 h。

綜上所述，1961—2020年西峰區年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、≥10 ℃積溫均呈顯著升高趨勢，年降水量、日照時數均呈下降趨勢且不顯著。光、熱、水等氣象條件的變化對隴東春玉米的生長發育、產量、品質等造成一定的影響。在氣候變化背景下，通過分期播種試驗研究隴東春玉米的生長發育進程、產量及品質變化，可提升氣候資源的利用效率。

2.2 分期播種期間農業氣候資源變化分析

將隴東春玉米全生育期劃分為出苗-拔節期、拔節-抽雄期、抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期4個時期。對2018—2020年分期播種試驗期間4個時期的日平均氣溫、≥10 ℃積溫、降水量和日照時數進行分析。

2.2.1 日平均氣溫 2018—2020年春玉米各生育期日平均氣溫（圖1）分析顯示，出苗-拔節期隨著播期的推遲，每年各播期日平均氣溫呈升高趨勢（2018年、2019年）或波動升高趨勢（2020年），每年SD4播期的日平均氣溫最高；拔節-抽雄期不同年份各播期差距較小，日平均氣溫為19.8～21.3 ℃；抽雄-乳熟期2020年SD1播期的日平均氣溫最高；乳熟-成熟期隨著播期推遲，日平均氣溫不斷降低；綜合春玉米全生育期的日平均氣溫，每年的SD4播期日平均氣溫均最高，SD1播期日平均氣溫均最低。

2.2.2 ≥10 ℃積溫變化 2018—2020年春玉米生育期≥10 ℃積溫（圖2）分析顯示，出苗-拔節期每年各播期的≥10 ℃積溫隨播期推遲呈先升高后降低趨勢，每年SD2播期的≥10 ℃積溫最高，2019年SD3、SD4播期的≥10 ℃積溫較低，分別為807.2、805.2 ℃，其他年份各播期的≥10 ℃積溫差異較小，且均大于900 ℃；拔節-抽雄期2019年4個播期的≥10 ℃積溫高于其他年份；抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期2020年4個播期的≥10 ℃積溫明顯高于其他年份；綜合春玉米全生育期的≥10 ℃積溫特征可以發現，≥10 ℃積溫由高到低依次為2020年、2018年、2019年，每年的SD2播期≥10 ℃積溫均最高，每年的SD4播期≥10 ℃積溫均最低，可能與SD4播期生育期最短有關。

2.2.3 降水量變化 2018—2020年春玉米生育期降水量（圖3）分析顯示，出苗-拔節期2018年SD2、SD3播期及2019年SD4播期的降水量均不足90 mm，降水量較少，其中，2018年SD3播期最少，為67.5 mm；拔節-抽雄期2018年4個播期降水量均大于100 mm，降水量較多，其中，SD3播期最多，為314.1 mm，2019年和2020年降水量差異均較小，2019年、2020年降水量均小于80 mm；抽雄-乳熟期2018年SD1播期和2020年SD2、SD3、SD4播期均大于200 mm，降水量較多，2019年降水量適中；乳熟-成熟期不同年份各播期的降水量差異較小；綜合春玉米全生育期的降水量特征可以發現，降水量由大到小依次為2018年、2020年、2019年。

進一步分析降水量發現，2020年春旱特征顯著，從2020年4月SD1播期播種開始至2020年5月6日，總降水量僅為4.8 mm，干旱會對SD1、SD2播期的出苗造成影響；拔節-抽雄期是春玉米需水高峰期，該時期2020年整體降水量較少，對春玉米生長發育造成一定影響；抽雄-成熟期，2018年7月7—11日、20—24日出現2次連陰雨，2019年7月16—22日、8月20—26日、9月9—15日出現3次連陰雨，2020年8月8—18日出現嚴重連陰雨，該時期出現連陰雨影響授粉、灌漿、增加禿尖比，從而影響春玉米品質及產量。

2.2.4 日照時數變化 2018—2020年春玉米生育期日照時數（圖4）分析顯示，出苗-拔節期，每年SD1播期的日照時數均最大；拔節-抽雄期，2018年日照時數明顯小于其他年份；抽雄-乳熟期，2019年4個播期的日照時數最長，2020年的日照時數最短；乳熟-成熟期，日照時數由大到小依次為2020年、2018年、2019年；全生育期日照時數分析顯示，隨著播期推遲，各年份日照時數整體呈減小趨勢。

通過分析2018—2020年春玉米全育期的日平均氣溫、≥10 ℃積溫、降水量、日照時數等氣象要素變化可知，2018年整體上日平均氣溫高、≥10 ℃積溫居中、降水量多、日照時數少；2019年日平均氣溫低、≥10 ℃積溫低、降水量少、日照時數居中；2020年日平均氣溫、降水量居中、≥10 ℃積溫高、日照時數多。

春玉米不同生育期氣象要素變化顯示，不同年份、不同播期具有不同的氣象條件。出苗-拔節期隨播期推遲日平均氣溫呈增高趨勢，晚播春玉米在此時期有較高的氣溫條件；拔節-抽雄期春玉米需水量大，2018年降水量最多，有利于春玉米生長，2020年遭遇春旱，對春玉米生長不利；抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期，2019年連陰雨次數多，2020年連陰雨持續時間長、量級大，影響春玉米授粉、灌漿。

2.3 氣象要素對春玉米產量的影響

2.3.1 不同氣象條件下春玉米產量的變化 對2018—2020年不同播期的春玉米產量（圖5）進行分析，結果表明，隨著播期的推遲，產量先增加后減小，每年的SD2、SD3播期產量較高，SD1、SD4播期產量較低；2018年SD3播期的產量最高，為19 263.6 kg/hm2；2019年SD2播期的產量最低，為8 665.35 kg/hm2。不同年份的產量由高到低依次為2018年、2020年、2019年。綜上，每年SD2、SD3播期光、熱、水匹配程度對于春玉米生長發育的影響相較于其他播期更高，2018年的氣候條件更適宜春玉米生長。

2.3.2 氣象要素變化1個單位對產量的貢獻 利用積分回歸法計算春玉米從播種至成熟的各生育期氣象要素因子（日平均氣溫、日平均最高氣溫、日平均最低氣溫、≥10 ℃積溫、降水量、日照時數）對產量影響的回歸系數，分析各氣象要素在平均值基礎上變化1個單位對產量的貢獻（表2）。

在播種-出苗期，日平均氣溫、日平均最高氣溫、日平均最低氣溫每增加1 ℃，每公頃減產214.63～278.27 kg；出苗-成熟期日平均氣溫每增加1 ℃，每公頃增產158.69～1 840.64 kg，說明在春玉米出苗后氣溫增加，有利于春玉米產量的提高。

播種-出苗期、七葉-乳熟期≥10 ℃積溫每增加1 ℃，每公頃減產2.70～42.28 kg；出苗-七葉期、乳熟-成熟期≥10 ℃積溫每增加1 ℃，每公頃增產2.85～10.36 kg；出苗-三葉期主要出現在4月下旬至5月中旬，隴東地區冷空氣活動頻繁，易出現低溫寒潮過程，因此，≥10 ℃積溫增加表明冷空氣活動減少，有利于春玉米生長，對增加產量有利；七葉-拔節期主要出現在5月下旬至6月中旬，升溫迅速，易出現高溫少雨時段，≥10 ℃積溫增加過多，春玉米正常生長受阻，影響產量形成。

播種-七葉期、乳熟-成熟期降水量每增加1 mm，每公頃減產0.24～15.29 kg，七葉-乳熟期降水量每增加1 mm，每公頃增產17.62～35.46 kg。在七葉期前，春玉米植株較小，加之氣溫低，對水分需求少，水分對產量貢獻有盈余，水分增加，對產量形成不利；七葉-乳熟期春玉米植株生長旺盛，作物對水分需求增加，同時也進入高溫時期，蒸發加大，此時雖是多雨期，但也有高溫少雨時段出現，降水量增加，對產量的形成有利；乳熟-成熟期春玉米生長進入灌漿后期，對水分需求降低，且也是隴東連陰雨及強降水多發期，水分能滿足春玉米生長需求，此時水分增加，影響灌漿速度，從而對產量形成不利。

播種-出苗期、七葉-成熟期日照時數每增加1 h，每公頃減產3.35～53.40 kg，出苗-七葉期日照時數每增加1 h，每公頃增產5.60～15.18 kg。這是由于春玉米是高光合效率的C4植物，光飽和點低，較低光照強度（晨光或暮光）都能進行光合作用。因此，在春玉米生育期西峰區日照時數能滿足其需求，只是在出苗-七葉期需要增加日照時數，有利于春玉米苗期的蹲苗，使春玉米根系深扎，增強春玉米生長后期的抗倒伏能力，對產量形成有利。

2.4 農業氣候資源變化對春玉米品質的影響

2.4.1 不同氣象條件下春玉米品質的變化 由圖6可知，2018年SD2播期的粗蛋白質含量顯著高于SD1、SD3、SD4播期，SD2播期粗蛋白質含量為10.01%，2019年SD2、SD3播期的粗蛋白質含量顯著高于SD1、SD4播期；2019年粗蛋白質含量整體較低， SD4播期最低，為6.94%。2020年隨播期推遲粗蛋白質含量呈增加趨勢，SD1播期顯著低于SD2、SD3、SD4播期。2019年SD1、SD2、SD4播期的粗脂肪含量差異不顯著，2020年SD4播期的粗脂肪含量顯著高于SD1、SD2、SD3播期。2018年和2019年各播期的粗淀粉含量差異不顯著；2020年SD2、SD3、SD4播期的粗淀粉含量差異不顯著。綜上，對照播種時間，4月下旬至五月中旬播種可以提高春玉米粗蛋白質、粗脂肪含量，對粗淀粉含量的影響不明顯。

2.4.2 春玉米品質的影響要素 選取與春玉米品質形成有關的3個關鍵生育期（抽雄-乳熟期、乳熟-成熟期、抽雄-成熟期）、全生育期的氣象要素與品質要素指標（粗蛋白質、粗淀粉及粗脂肪）進行相關性分析。由表3可知，春玉米粗蛋白質含量與乳熟-成熟期的降水量相關性較高，與全生育期的日平均氣溫呈顯著正相關、與降水量呈極顯著正相關。可見，在春玉米全生育期日平均氣溫高、降水量多有利于粗蛋白質形成。

春玉米粗脂肪含量與抽雄-乳熟期、乳熟-成熟期的日照時數呈顯著相關，與抽雄-成熟期的≥10 ℃積溫呈顯著負相關，與全生育期的降水量呈顯著負相關。可見，春玉米抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期的日照時數長、抽雄-成熟期的≥10 ℃積溫低、全生育期降水量少有利于增加粗脂肪含量。

春玉米粗淀粉含量與乳熟-成熟期、抽雄-成熟期的日平均氣溫呈顯著負相關，與全生育期的降水量呈顯著負相關。可見，乳熟-成熟期和抽雄-成熟期的日平均氣溫低、全生育期降水量少有利于春玉米粗淀粉形成。

2.5 適宜播期

利用2018—2020年春玉米產量進行方差分析（表4），得出不同年份春玉米產量存在極顯著差異（P=0.000 132lt;0.001），同一年份不同播期春玉米產量有差異，但不顯著（P=0.196 539lt;0.2），而不同年份與不同播期春玉米產量存在顯著差異（P=0.013 23lt;0.05），說明應根據不同年份采用不同的播期。通過分析2018—2020年不同播期的春玉米產量發現，慶陽市春玉米春季適宜播期應根據氣候年份特征選取。春季3、4月上旬降水量正常或偏多、氣溫偏高時，適宜早播，播期以4月11—30日為宜，最適宜播期在4月20—25日；春季3、4月上旬降水量偏少、氣溫偏高時，預計伏期高溫少雨或干旱，適宜遲播，播期以4月20日至5月10日為宜，最適宜播期在4月25日至5月5日。

3 小結與討論

1）1961—2020年西峰區氣候資源變化特征為年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、≥10 ℃積溫均呈顯著升高趨勢，年降水量、日照時數均呈減少趨勢且不顯著。

2）分期播種期間春玉米全生育期的氣象條件存在差異，2018年整體上日平均氣溫高、≥10 ℃積溫居中、降水量多、日照時數少；2019年日平均氣溫低、≥10 ℃積溫低、降水量少、日照時數居中；2020年日平均氣溫、降水量居中、≥10 ℃積溫高、日照時數多。不同年份不同播期具有不同的氣象條件，出苗-拔節期，隨播期推遲日平均氣溫呈增高趨勢，晚播春玉米在此時期有較高的氣溫條件；拔節-抽雄期春玉米需水量大，2018年降水量最多，有利于春玉米生長，2020年遭遇春旱，對春玉米生長不利；抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期，2019年連陰雨次數多，2020年連陰雨持續時間長、量級大，影響春玉米授粉、灌漿。

3）隨著播期的推遲，產量先增加后減小，每年的SD2、SD3播期產量較高，SD1、SD4播期產量較低。不同年份的產量由高到低依次為2018年、2020年、2019年。由此可知，每年SD2、SD3播期光、熱、水匹配程度對于春玉米生長發育的影響相較于其他播期更高，2018年的氣候條件更適宜春玉米生長，有利于產量增加。

4）氣象要素變化對產量的影響分析顯示，春玉米出苗后日平均氣溫、日平均最高氣溫、日平均最低氣溫增加，有利于春玉米產量的提高；在出苗-七葉期、乳熟-成熟期≥10 ℃積溫增加有利于春玉米產量提高，在七葉-拔節期≥10 ℃積溫增加過多，春玉米正常生長受阻，影響產量形成；在七葉期前降水量增加，對產量形成不利；七葉-乳熟期降水量增加，對產量的形成有利；乳熟-成熟期降水量增加，影響灌漿速度，對產量形成不利。日照時數能滿足春玉米生長需求，但在出苗-七葉期需要增加日照時數，對產量形成有利。

5）4月下旬至五月中旬播種可以提高春玉米子粒粗蛋白質、粗脂肪含量，對粗淀粉含量的影響不明顯。春玉米品質與氣象要素相關性分析顯示，在春玉米全生育期日平均氣溫高、降水量多有利于粗蛋白質形成。春玉米抽雄-乳熟期和乳熟-成熟期的日照時數長、抽雄-成熟期的≥10 ℃積溫低、全生育期降水量少有利于增加粗脂肪含量。乳熟-成熟期和抽雄-成熟期的日平均氣溫低、全生育期降水量少有利于春玉米粗淀粉形成。

6）隴東春玉米春季適宜播期應根據氣候年份特征選取。春季3、4月上旬降水量正常或偏多、氣溫偏高時，適宜早播，播期以4月11—30日為宜，最適宜播期在4月20—25日；春季3、4月上旬降水量偏少、氣溫偏高時，預計伏期高溫少雨或干旱，適宜遲播，播期以4月20日至5月10日為宜，最適宜播期在4月25日至5月5日。

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